高水頭混流式水泵水輪機(jī)無(wú)葉區(qū)壓力特征分析.pdf

1、近年來(lái)為滿足用電需求新建了一批大型火電、核電機(jī)組。大容量機(jī)組的投產(chǎn)使用對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及快速響應(yīng)特性提出了更高的要求，必須建立與之配套的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，抽水蓄能電站憑借其良好的調(diào)頻調(diào)峰能力成為電網(wǎng)調(diào)節(jié)的首選，水泵水輪機(jī)的穩(wěn)定性問(wèn)題也因此成為關(guān)注的焦點(diǎn)。在諸多影響穩(wěn)定運(yùn)行的因素中，無(wú)葉區(qū)強(qiáng)烈的動(dòng)靜干涉及復(fù)雜的壓力脈動(dòng)是導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定的主要原因之一，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)機(jī)組振動(dòng)、噪聲甚至葉片裂紋，因此有必要對(duì)無(wú)葉區(qū)壓力特性及脈動(dòng)機(jī)理進(jìn)行深入的研究，為水泵

2、水輪機(jī)的設(shè)計(jì)及穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。
　　為研究無(wú)葉區(qū)的壓力特性，本文采用CFD技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站水輪機(jī)工況下模型和真機(jī)同一單位轉(zhuǎn)速，不同導(dǎo)葉開度以及模型導(dǎo)葉擺動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，本文主要內(nèi)容如下：
　　（1）根據(jù)真機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)，選取模型6個(gè)不同開度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，獲得了外特性及壓力脈動(dòng)幅值隨開度變化的曲線，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。隨后給出了無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)頻率的理論預(yù)測(cè)并通過(guò)數(shù)值模擬進(jìn)

3、行驗(yàn)證，詳細(xì)分析了最優(yōu)工況無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)特性及上下游傳播規(guī)律，并對(duì)模型無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)隨導(dǎo)葉開度變化的規(guī)律進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。
　?。?）選取真機(jī)50％負(fù)荷，最優(yōu)開度以及滿負(fù)荷等3個(gè)工況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分別與模型對(duì)應(yīng)的相似工況進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，研究模型與真機(jī)無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)頻率成分及幅值大小的異同，探究模型與真機(jī)之間的換算關(guān)系。
　?。?）對(duì)模型采用動(dòng)網(wǎng)格方法計(jì)算，以18°作為起始開度，模擬導(dǎo)葉左右擺動(dòng)1°過(guò)程中無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)特性

4、，對(duì)導(dǎo)葉不同轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)幅值大小，時(shí)域以及頻域特性進(jìn)行了研究，最后對(duì)比分析了導(dǎo)葉整個(gè)擺動(dòng)過(guò)程與導(dǎo)葉定開度過(guò)程無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)的異同。
　　研究結(jié)果表明，無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)主要頻率是轉(zhuǎn)輪葉片通過(guò)頻率及其諧波頻率，此外還存在來(lái)自于轉(zhuǎn)輪和尾水管的頻率成分。無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)更容易向上游傳播，但不同頻率分量幅值衰減不一。不同導(dǎo)葉開度對(duì)無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)特性有顯著影響。相似工況下真機(jī)與模型頻率成分基本一致，但幅值大小差異較大且沒(méi)有明顯的換算關(guān)